CN103211660A - 利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，包括光源、照明系统等，光源提供可见光，其投射光线方向上依次安装照明系统、第一线偏振片，光源、照明系统、第一线偏振片所在的光轴方向与待测牙齿表面的法线呈锐角；在牙齿表面的法向方向依次安装第二线偏振片、成像系统、面阵光电探测器，其中，成像系统保证牙齿表面与面阵光电探测器接收面共轭成像，第二线偏振片安置于牙齿与成像系统之间，旋转控制器与第二线偏振片相连，用于控制第二线偏振片的转动；面阵光电探测器将获取的图像传输至主处理器。本发明检测装置利用偏振成像来检测牙齿表面脱矿状态，具有准确性、无接触、可视化等优点。

Description

利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置

技术领域

本发明属于口腔医学成像技术领域，特别涉及一种利用偏振成像来检测牙齿表面脱矿情况的装置。

背景技术

覆盖在牙齿表面的牙釉质主要由无机物构成，正常情况下处于脱矿和再矿的动态平衡中，但，当牙齿组织长期处于酸性环境下，脱矿的速率大于再矿速率，动态平衡遭到破坏，矿物质丢失，导致口腔细菌侵入，引发龋齿。病变的釉质失去原有半透明光泽，呈现白垩斑。因此，牙齿组织表面的脱矿检测是预防龋齿的关键。传统的牙齿健康状态检测采用视诊的方法，取决于临床口腔医生的个人经验，在医生无法确认情况下，采用X线片的方法，但众所周知，射线方法对人体有辐射作用，不宜长期多次使用。

针对牙齿健康状况的检测，目前主要从牙菌斑的角度考虑。牙菌斑是一种由多种细菌构成的生物膜，附着在牙齿表面，其新陈代谢产生的酸性物质腐蚀牙齿表面矿物质。因此，以牙菌斑为检测目标已发展的技术包括激光龋齿检测仪DIAGNOdent Pen，用于点测量，并以数值的形式表示检测结果；牙菌斑检测仪VistaCam Intraoral Camera，用于面成像，以伪彩色图像的形式表示检测结果。上述两种检测方法均是利用口腔细菌等外界物质的荧光效应进行诊断，无法客观描述牙齿组织的脱矿情况。

发明内容

本发明提供了一种利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，其利用线偏振光入射牙齿，表面脱矿将导致入射偏振光的偏振态改变程度与正常组织产生差异，获取后向散射光的偏振态与入射偏振光相互平行与垂直两种状态的图像，并计算每一像素点的偏振度获得偏振度图像用以表征牙齿表面的脱矿情况。

牙釉质中无机物羟基磷灰石晶体相互聚焦形成直径为4μm左右的釉柱结构，自釉质本质界面向牙齿表面方向呈放射状分布，并于牙齿表面近似垂直。从组织结构上可以看出牙釉质是一种各向异性介质，在线偏振光入射下，经过组织内部多次散射后，其偏振态发生改变，改变的程度与介质的有序性有关。当组织脱矿后，釉柱的有序性结构遭到破坏，线偏振光入射后偏振态的改变程度降低。因此，可以利用线偏振光入射下，偏振态的改变程度对牙齿组织表面的脱矿状况进行成像检测。可以准确反映组织的结构特征，不受牙齿表面污垢以及照明光束均匀性的影响。

本发明采用以下技术方案：利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，包括光源(1)、照明系统(2)、第一线偏振片(3)、第二线偏振片(5)、成像系统(6)、旋转控制器(8)、面阵光电探测器(7)、主处理器(9)，光源(1)提供可见光，其投射光线方向上依次安装照明系统(2)、第一线偏振片(3)，光源(1)、照明系统(2)、第一线偏振片(3)所在的光轴方向与待测牙齿(4)表面的法线（即垂线方向）呈锐角（即大于0、小于90度的夹角）；在牙齿(4)表面的法向方向依次安装第二线偏振片(5)、成像系统(6)、面阵光电探测器(7)，其中，成像系统(6)保证牙齿(4)表面与面阵光电探测器(7)接收面共轭成像，第二线偏振片(5)安置于牙齿(4)与成像系统(6)之间，旋转控制器(8)与第二线偏振片(5)相连，用于控制第二线偏振片(5)的转动，在第二线偏振片(5)与第一线偏振片(3)的偏振方向相互平行时，由面阵光电探测器(7)获取此时的一副图像，并传输至主处理器(9)中存储；在第二线偏振片(5)与第一线偏振片(3)的偏振方向相互垂直时，由面阵光电探测器(7)获取此时的另一副图像，并传输至主处理器(9)中存储；主处理器(9)通过计算得到每个像素点的偏振度结果，并最终显示偏振度图像。

优选的，光源(1)为提供波段在300‐1300nm之间的连续或窄带光源。

优选的，照明系统(2)为均匀化照明装置。

优选的，面阵探测器(7)为二维的光电图像传感器，如CCD、CMOS等能够将光转化为电的元件。

优选的，主处理器(9)为计算机，如个人计算机。

优选的，旋转电机(8)的载物台为中空结构，所述的线偏振片(5)放置于旋转电机(8)的中空部位，并与旋转电机(8)相固定。

本发明检测装置利用偏振成像来检测牙齿表面脱矿状态，其不受牙齿表面附着物和照明不均匀的影响，具有准确性、无接触、可视化等优点。

附图说明

图1是本发明检测装置的结构示意图。

图2是旋转电机(8)与线偏振片(5)的装配结构示意图。

图示中：1－光源、2－照明系统、3－线偏振片、4－牙齿、5－线偏振片、6－成像系统、8－旋转电机、7－面阵光电探测器、9－个人计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

图1显示了利用偏振成像的牙齿脱矿检测装置的实施例，其包括光源1、照明系统2、线偏振片3、线偏振片5、旋转电机8、成像系统6、面阵光电探测器7、个人计算机9，光源1提供300nm‐1300nm波段范围内的连续光谱或者窄带的光源，其能量应保证经照明系统2、线偏振片3、牙齿4、线偏振片5、成像系统6后能够被面阵光电探测器7所探测，从而使牙齿4表面的反射光被面阵探测器7接收。面阵探测器7为二维的光电图像传感器，如CCD、CMOS等能够将光转化为电的元件。在光源1的投射光线方向上依次安装照明系统2、线偏振片3，照明系统2为均匀化照明装置。而且光源1、照明系统2、线偏振片3所在的光轴方向与牙齿表面的法线方向形成大于0、小于90度的夹角。在牙齿4表面的法向方向依次安置线偏振片5、成像系统6、面阵光电探测器7，其中，成像系统6保证牙齿4表面与面阵光电探测器7接收面共轭成像，线偏振片5放置于牙齿4与成像系统6之间，线偏振片5与旋转电机8相连，连接方式如图2所示，旋转电机8载物台为中空结构，线偏振片5放置于中空部位，并与旋转电机8相固定，旋转电机8用于控制线偏振片5的旋转，在线偏振片5与线偏振片3的偏振方向相互平行时，由面阵光电探测器7获取此时的一副图像，并传输至个人计算机9中存储。在线偏振片5与线偏振片3的偏振方向相互垂直时，由面阵光电探测器7获取此时的另一副图像，并传输至(与面阵光电探测器7相联的)个人计算机9中存储。在个人计算机9中得到每个像素点的偏振度结果，并最终显示偏振度图像。每个像素点的偏振度d=(I_par-I_per)/(I_par+I_per)，其中，I_par为线偏振片3与线偏振片5偏振方向相互平行时获取的该像素点的灰度值，I_per为线偏振片3与线偏振片5偏振方向相互垂直时获取的该像素点的灰度值。

本发明所涉的照明系统、线偏振片、线偏振片、成像系统、面阵光电探测器、旋转电机、个人计算机等均可采用现有技术。

与传统视诊相比，本发明检测装置的对比度高，可有效地反应牙齿表面的矿化情况，可用于口腔临床的牙齿健康状况的无损诊断。

本领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来验证本发明，而并非作为对本发明的限定，只要是在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，其特征是包括光源(1)、照明系统(2)、第一线偏振片(3)、第二线偏振片(5)、成像系统(6)、旋转控制器(8)、面阵光电探测器(7)、主处理器(9)，光源(1)提供可见光，其投射光线方向上依次安装照明系统(2)、第一线偏振片(3)，光源(1)、照明系统(2)、第一线偏振片(3)所在的光轴方向与待测牙齿(4)表面的法线呈锐角；在牙齿(4)表面的法向方向依次安装第二线偏振片(5)、成像系统(6)、面阵光电探测器(7)，其中，成像系统(6)保证牙齿(4)表面与面阵光电探测器(7)接收面共轭成像，第二线偏振片(5)安置于牙齿(4)与成像系统(6)之间，旋转控制器(8)与第二线偏振片(5)相连，用于控制第二线偏振片(5)的转动；面阵光电探测器(7)将获取的图像传输至主处理器(9)。

2.如权利要求1所述利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，其特征是：所述的光源(1)为提供波段在300‐1300nm之间的连续或窄带光源。

3.如权利要求1所述利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，其特征是：所述的照明系统(2)为均匀化照明装置。

4.如权利要求1所述利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，其特征是：所述的面阵探测器(7)为二维的光电图像传感器。

5.如权利要求1所述利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，其特征是：所述的主处理器(9)为计算机。

6.如权利要求1‐5任一项所述利用偏振成像的牙齿表面脱矿检测装置，其特征是：所述旋转电机(8)的载物台为中空结构，所述的线偏振片(5)放置于旋转电机(8)的中空部位，并与旋转电机(8)相固定。

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